5 - Capacitacion 2000

UNIDAD
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AUTOR:
PROFESOR RENE ANDRADE
Modificado:
PROFESOR DAGOLEÓN ZAPATA
Bajo Contrato Exclusivo para:
CAPACITACION 2000
FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
UNIDAD 5
TERMODINÁMICA - HIDRAULICA
TERMODINÁMICA
La Termodinámica es el estudio de las propiedades de la energia térmica y
de sus propiedades.
ENERGIA TERMICA: Todos los cuerpos se componen de pequeñas
partículas que se mueven constantemente en algunos con mayor rapidez
que en otros.
De la velocidad del movimiento de las partículas depende si los cuerpos
están vivos o calientes.
La energía térmica es la unión de la energía cinética y potencial que
generan el movimiento de las partículas internamente:
CALOR: Si dos cuerpos se encuentran a diferentes temperaturas el de
mayor temperatura cederá calor al de menor temperatura. Es decir las
temperaturas de dos cuerpos no se adicionan sino se equilibran. No hay
que confundir calor con temperatura, ya que la temperatura es la medida de
la cantidad de calor de un cuerpo y se puede dar en grados Kelvin, grados
Fahrenheit y grados centígrados. El calor es una forma de energia
producida por la diferencia de temperaturas.
DILATACIÓN: Variación de longitud, superficie y/o volumen de un cuerpo
por aumento o disminución de su temperatura.
A mayor temperatura los objetos tienden a aumentar de longitud, área o
volumen.
El agua es un fluido que al estar a 4ºC bajo cero, aumenta su volumen, es
decir se dilata.
ESCALAS DE TEMPERATURAS
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Fueron creadas para medir el calor de los cuerpos. Se fundamentan en los puntos
de fusión y ebullición del agua (agua congelada y agua hirviendo)
Existen tres escalas:
1- Celcios ºC
2- Fahrenheit ºF
3- Kelvin o absoluta ºK
En las tres escalas los puntos de fusión y Ebullición son diferentes.
Escala Celcios
Escala Fahrenheit
Escala Kelvin
Punto de fusión del
agua
0ºC
32ºF
273,15ºK
Punto de ebullición del
agua
100ºC
212ºF
373,15ºK
Fueron creadas por poder medir el calor de los cuerpos, establecida
Agua hirviendo
Temp. Del cuerpo
Agua congelada
100º C
373º K
212º F
37º C
310º K
98º F
0º C
273º K
32º F
-273º C
0º K
2
-460º F
FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
CONVERSIÓN DE ESCALAS
• Conversión de grados Celsius a kelvin
ºC +237,15
• Conversión de Celsius a Fahrenheit
(ºC*1,8)+32
• Conversión de Fahrenheit a Celcius
º F − 32
=º C
1,8
• Conversión de Kelvin a Celsius
ºK-273,15
Ejemplo Convertir de Celcius a Kelvin
a. 0º C
(0º C + 273 ,15) = 273,15º K
b. 273º C
(273º C + 273,15) = 546,15º K
c. 2225º C
(2225º C + 273,15) = 2498º K
d. 38º C
(38º C + 273,15) = 311,15º K
e. 350º C
(350º C + 273,15) = 623,15º K
Ejemplo: convertir de grados Celsius a Fahrenheit
a. 37º C
(37º C x 1, 8) + 32 = 98, 6º F
b. 23º C
(23º C x 1, 8) + 32 = 73, 4º F
c. 327º C
(327º C x 1, 8) + 32 = 620, 6º F
d, 2315º C
(2315º C x 1, 8) + 32 = 4199º F
e. 100º C
(100º C x 1, 8) + 32 = 212º F
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Ejemplo:
Convertir de Fahrenheit a grados Celcius.
a) 212ºF
(212ºF-32) = 180 = 100ºC
1.8
1.8
b) 540ºF
(540-32) = 508 = 282.2ºC
1.8 1.8
c) 132ºF
d) 48ºF
(132-32)= 100=55.5
1.8
1.8
48-32 = 16 = 8.9ºC
1.8
1.8
Realiza la Siguiente Actividad
EJERCICIOS
1.
a.
b.
c.
d.
Convertir de º C a º K
8315º C
2000º C
1º C
-23º C
2.
a.
b.
c.
d.
Convertir de º C a º F
15000º C
1000000º C
500º C
-1º C
3.
a.
b.
c.
d.
Convertir de º F a º C
– 715º F
– 40 º F
270º F
– 460º F
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
LEYES DE LA TERMODINÁMICA
1. Ley cero: Si un sistema A se encuentra en equilibrio térmico con un
sistema B y este a su vez con un sistema C, se puede afirmar que A y C
se encuentran en equilibrio térmico.
2. Primera ley: El calor absorbido por un cuerpo se convierte en trabajo
útil y hay un incremento en su energía interna.
3. Segunda ley:
trabajo útil.
Ninguna máquina térmica convierte todo el calor en
4. Teorema de Carnot: Una máquina térmica alcanzará su máxima
eficiencia entre dos temperaturas dadas cuando alcancen dos procesos
isotérmicos (temperatura constante) y dos procesos adiabáticos (no hay
intercambio de calor entre el sistema y el ambiente).
Ejercicios:
1- Cuál sera el punto de ebullición del gas Helio en grados Celcios, sí en grados
Kelvin es de 4,22ºK.
2- La temperatura absoluta del punto de ebullición del gas Nitrogeno es de 77ºK.
Determine en las otras dos escalas Celcios y Fahrenheit esta temperatura.
3- La temperatura de fusión del gas Hidrógeno es de –259,14ºC , determine en
grados Kelvin.
4- Combierta de grados Celcios a grados Kelvin.
a-)18ºC
b-)100ºC
5abcde-
c-)-100ºC
d-)300ºC
e-)27ºC
Convierta de grados Kelvin ºK a grados Celcios ºC
300ºK
245ºK
180ºK
418ºK
500ºK
Hidráulica: Es la utilización de los conceptos estudiados en la hidrostática,
hidrodinámica y neumática en aplicaciones técnicas.
Hidrostática: Estudia los fluidos en reposo.
Hidrodinámica: Estudia los fluidos en movimiento.
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Neumática: Aplicación de la hidrostática e hidrodinámica en los gases.
Fluido: Todo cuerpo que toma la forma del recipiente que lo contiene,
puede desplazarse fácilmente. Ejemplo: Líquidos (agua, aceite), gases
(oxígeno, hidrógeno).
Densidad: Es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen del
espacio que ocupan.
Los fluidos pueden ser compresibles (que se pueden comprimir) como en el
caso de los gases, e incompresibles (que no se pueden comprimir) como en
el caso de los líquidos.
Presión: Fuerza ejercida perpendicularmente por unidad de área.
Presión =
Fuerza
Área
P=
F
A
Sus unidades son N/m² en el sistema MKS.
1 baria = d/cm² en el sistema CGS.
Ejemplo: Cuál es la presión determinada por una fuerza de 70 dinas sobre
un área de 40 cm².
P=
F
A
P=
70d
= 1.75 d/cm²
40cm²
Densidad: Masa por unidad de volumen. Se simboliza con δ
δ = Densidad
m = masa
δ=
m
V
m=δ·V
V=
m
δ
V = Volumen
Ejemplo: Cuál es la densidad de un fluido cuya masa es de 2kg y ocupa un
volumen de 1.750 cm³.
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Planteamiento:
m = 2kg
V = 1.750 cm³
δ=?
Solución: Utilizamos la fórmula:
δ=
m
V
δ=
2kg
1.750cm³
Reemplazando tenemos:
2kg = 2.000 gr
δ=
2000gr
1.750cm³
δ = 1.14 gr/cm³
Presión hidrostática: Fuerza ejercida por la columna de agua sobre un
cuerpo sumergido. Está dada por la fórmula:
P = Presión
δ = Densidad del fluido
g = 9.8m/s²
h = Altura
P = δ gh
Ejemplo: Cuál es la presión hidrostática que experimenta un cuerpo
sumergido en una piscina a 6m de profundidad si la densidad del fluido es
de 1.02 gr/cm³.
Planteamiento:
P=?
δ = 1.02 gr/cm³ = 1020 kg/m³
h = 6m
g = 9.8m/s²
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Solución:
P=δ·g·h
⎛ 1020kg ⎞
P= ⎜
⎟ (9.8m/s²) (6m)
⎝ m³ ⎠
P = 59.976 N/m²
Presión atmosférica: Presión ejercida por el peso de la capa de aire sobre
la superficie de un planeta. Se mide en atmósferas. Su descubridor fue
Evangelista Torricelli (1608 – 1646).
1 atmósfera = 1.013 x 106 d/cm² = 1.013 x 105 N/m².
Principio de Pascal: La presión ejercida a un fluido se propaga en igual
magnitud a todos los puntos del recipiente que los contiene.
Aplicación: La prensa hidráulica, el gato hidráulico.
F1 = Fuerza 1
F2 = Fuerza 2
A1 = Área 1
A2 = Área 2
F1
F
= 2
A1 A 2
F1 =
F2 · A 1
A2
F2 =
F1 · A 2
A1
Área de la circunferencia
π · r²
Ejemplo: Qué fuerza efectúa el cilindro de mayor área = 100 cm² al aplicar
una F = 50N sobre el cilindro de área igual a 4 cm².
Planteamiento:
F1 = 50N
A1 = 4 cm²
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
A2 = 100 cm²
F2 = ?
Solución:
F2 =
F1 · A 2
A1
F2 =
50N · 100cm²
4cm²
F2 =
5000N
4
Reemplazando tenemos:
F2 = 1.250N
Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido
experimenta una fuerza llamada empuje en dirección contraria e igual al
peso del fluido desalojado. Por esta razón los barcos flotan ya que el
casquete de este desplaza gran cantidad de fluido. Además los cuerpos en
el agua pesan menos.
Empuje = (densidad del fluido) (volumen del fluido desalojado)
(aceleración de la gravedad)
E = (δf) (Vf) (g)
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
Realiza el siguiente Taller
TALLER
1. Convertir de º C a º K
e.
f.
g.
h.
2.
e.
f.
g.
h.
3.
e.
f.
g.
h.
8315º C
2000º C
1º C
-23º C
Convertir de º C a º F
15000º C
1000000º C
500º C
-1º C
Convertir de º F a º C
– 715º F
– 40 º F
270º F
– 460º F
4 Convertir ºK aºC
a) –273.15ºK
b) –100ºk
c) 39ºK
d) 0ºK
5 El punto de ebullición del Hierro es 3000ºC, expresarla en grados ºF
6 El punto de fusión del Cobre es 1083ºC expresarlo en gradosºk
7 Diga si es verdad o falso
a) La Termodinámica estudia la energia de los cuerpos ( )
b) La diferencia de temperatura produce el calor en los cuerpos ( )
c) La dilatación de los cuerpos depende de la variación de Temperatura ( )
d) La escala de temperatura es un instrumento para medir el calor de los
cuerpos( )
e) La temperatura a la que el agua se congela se llama temperatura de
fusion( )
f) La temperatura ala que una sustancia hierve se llama temperatura de
fusion ( )
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FÍSICA CICLO 5
CAPACITACIÓN 2000
g) Un cuerpo convierte en trabajo útil el calor absorvido por él ( )
h) Por lo menos una máquina convierte el calor absorvido en trabajo útil ( )
i) La hidráulica aplica técnicamente a la hidrostática y la hidrodinámica ( )
j) La hidráulica no tiene nada que ver con la mecánica de fluidos ( )
k) Los líquidos son compresibles ( )
l) Los gases no son incompresibles ( )
m) Las unidades de la presión son N ( )
n) La presión del sistema C.G.S se mide en barias ( )
o) El volumen por unidad de masa se llama densidad ( )
p) En el principio de Arquimedes, el empuje es directamente proprocional a
la constante gravitacional ( )
1) Calcule la masa en kilogramos de 1000Cm3 de gas Xenón si su
densidad es de 3.06 gramos
2)
Calcule la densidad 5000Cm3de Nitrógeno sí su masa es de 4.04Kgr
3) Calcule la presión, en los sistemas M.K.S y C.G.S, ejercida por un
cuerpo sobre una superficie de 0.8m con una fuerza de 1500Newton
4) Determine la presión hidrostática sobre un cuerpo sumergido en un
tanque a 20 metors de profundidad.
5) Sí a una prensa hidráulica se le aplica una fuerza de 28N sobre una
superficie de 7 cm2 , cuál sera la fuerza resultante sobre una superficie de
80 cm 2
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